Основы гидрохимии - Географический факультет МГУ

Программа дисциплины «Основы гидрохимии»
Автор: доцент А.В. Полякова
Цели:
– формирование у студентов базовых представлений о химическом составе
природных вод, закономерностях его изменчивости во времени и пространстве;
– приобретение навыков использования полученных знаний для исследования
гидрохимических условий конкретных акваторий.
Задачи:
– Определить место гидрохимии среди естественных наук.
– Освоить теоретические основы гидрохимии.
– Получить представление о формировании химического состава природных вод,
об основных компонентах химического состава морских вод, их изменчивости во времени
и пространстве.
– Освоить основные методы химического анализа морских вод и интерпретации и
использования полученных результатов в океанологических исследованиях.
Место в структуре ООП:
Дисциплина «Основы гидрохимии» включена в образовательный стандарт ИМ
(интегрированный магистр МГУ), в вариативную часть профессионального цикла ООП по
направлению 021600 «Гидрометеорология» подготовки бакалавров по профилю –
«Океанология», является базовой в общей профессиональной подготовке специалистов в
области океанологии и входит в модуль «Химия и экология океана». Дисциплина
преподается в 4-ом семестре 2 курса.
Предмет изучения дисциплины – основные компоненты химического состава
морских вод и закономерности изменчивости их содержания во времени и пространстве,
химический состав и закономерности формирования химического состава атмосферных
осадков и материковых вод; методы химического анализа морских вод, интерпретации
данных и их использования в океанологических исследованиях.
Для усвоения данной дисциплины необходимо владеть базовыми компетенциями,
основанными на знании общих основ географии, химии и биологии, из дисциплин
профильно-вариативной части – раздела океанологии «Физические свойства морской
воды». Освоение дисциплины «Основы гидрохимии» необходимо в качестве
предшествующей для всех дисциплин, входящих в модуль «Химия и экология океана» и
опирающихся на базовые представления об основных закономерностях формирования
химического состава вод океанов и морей, а также для прохождения учебной практики
после 2 курса.
В результате освоения дисциплины студент должен:
• Знать: основные теоретические вопросы химии природных вод, естественные
характеристики химического состава морских и материковых вод, основные
закономерности его временной и пространственной изменчивости в зависимости от
физических, химических и биохимических процессов.
• Уметь: использовать теоретические представления для решения практических
задач, критически анализировать натурные данные, интерпретировать информацию о
химическом составе вод и использовать её для оценки процессов, происходящих в
морской среде, профессионально оформлять и представлять результаты исследований.
• Владеть: современными методами химического анализа морских вод и
гидробиологических исследований с использованием современной аппаратуры, общими
принципами оценки качества и интерпретации гидрохимических данных, методами
комплексного анализа физических, химических и биологических процессов.
Содержание дисциплины
Введение. Место гидрохимии, как научной дисциплины, среди других наук.
Краткая история развития гидрохимии. Цель и задачи дисциплины «Основы гидрохимии»,
основные понятия, значение дисциплины в процессе подготовки студентов по профилю
«океанология».
Раздел 1. Развитие знаний по химии океана. Идеи и работы В.И.Вернадского,
Н.М. Книповича, А.П. Виноградова, С.В. Бруевича и др. Задачи гидрохимии на
современном этапе. Основные издания и монографии по химии океана. Научноисследовательские
учреждения,
занимающиеся
морскими
гидрохимическими
исследованиями.
Раздел 2. Теоретические основы гидрохимии. Вода и ее свойства. Строение
молекулы воды, ее структура, изотопный состав. Основные аномалии физических и
химических свойств воды, их значение в природе. Свойства воды как растворителя,
диссоциация воды. Электролитическая диссоциация растворенных веществ. Слабые
электролиты. Ионное произведение воды и водородный показатель. Закон действия масс.
Правило Ле-Шателье. Сильные и слабые электролиты. Активность ионов в растворах.
Ионная сила растворов. Гидролиз, его типы. Окислительно-восстановительные процессы.
Окислительно-восстановительный потенциал природных вод, его связь с рН.
Раздел 3. Природные воды как растворы. Растворенные компоненты природных
вод. Свойства природных вод: удельный вес, температура замерзания и наибольшей
плотности, соленость, жесткость, щелочность, агрессивность; факторы их
обусловливающие. Величина рН и буферность природных вод. Минеральные вещества и
ионный состав природных вод. Растворенные газы. Биогенные и органические вещества в
природных водах.
Раздел 4. Формирование химического состава природных вод. Факторы,
определяющие формирование химического состава природных вод. Классификация
природных вод по химическому составу.
Раздел 5. Химический состав атмосферных осадков. Примеси в атмосферных
осадках. Формирование химического состава атмосферных осадков. Аэрозоли в
атмосфере. Минерализация атмосферных осадков, Зависимость минерализации от
условий, предшествовавших выпадению осадков.
Раздел 6. Химический состав материковых вод. Общие закономерности
формирования состава речных вод. Основные характеристики и формирование солевого
состава воды озёр и водохранилищ.
Раздел 7. Химический состав морских вод.
Тема 1. Эволюция химического состава вод океана. Первичный океан.
Формирование солевой массы океана. Возникновение биосферы и изменения в океане.
Современный океан. Факторы, определяющие содержание и характер распределения
химических элементов в океане. Микро- и макрокомпоненты химического состава
морских вод.
Тема 2. Главные ионы. Соотношение между компонентами основного солевого
состава. Постоянство солевого состава воды океанов. Соленость воды океана. Изменение
солевого состава морской воды в окраинных и внутренних морях, факторы его
определяющие. Основные закономерности распределения солености по акватории и по
глубинам океана.
Тема 3. Растворенные газы. Состав растворенных газов и их происхождение. Азот
и благородные газы. Кислород. Углеводородные газы. Сероводород. Двуокись углерода.
Формы угольной кислоты. Щелочность морской воды. Щелочно-хлорный коэффициент.
Концентрация водородных ионов (рН) и буферные свойства морской воды.
Закономерности распределения рН и щелочности (Alk) в морях. Газовый режим морей и
факторы, его определяющие.
Тема 4. Биогенные вещества. Минеральные соединения азота, фосфора, кремния.
Концентрация биогенных веществ, закономерности их распределения в океане, их
2
значение в формировании биологической продуктивности вод.
Тема 5. Органическое вещество. Источники органического вещества в океане.
Формы нахождения и способы оценки величины содержания органического вещества в
морских водах. Водные организмы. Растворенное органическое вещество. Взвеси и
коллоиды в морской воде. Химический состав, продукция и деструкция органического
вещества. Круговорот и баланс органического вещества. Методы исследования
содержания органических веществ в воде. Биохимическое потребление кислорода (БПК).
Определение активности ферментов электронно-транспортной системы (ЭТС) и щелочной
фосфатазы для оценки скорости минерализации органического вещества и скорости
регенерации биогенных веществ (в частности фосфатов).
Тема 6. Микроэлементы. Состав микроэлементов в океане, их биологическое
значение. Стабильные микроэлементы. Естественная и искусственная радиоактивность
океана. Биоаккумуляция микроэлементов.
Раздел 8. Методы химического анализа морских вод. Общие представления о
целях и методах химического анализа морских вод. Принципы весового, объемного и
колориметрического видов анализа. Спектроскопия, хроматография, полярография,
пламенная фотометрия и атомная адсорбция. Размерности и формы выражения состава
вода. Методы oпределения растворенных в воде кислорода, сероводорода, СО2, величин
рН, щелочности, содержания фосфатов, ионов аммония, нитритов, нитратов и
органических соединений фосфора и азота, силикатов. Гидрохимические методы оценки
скоростей продукционно-деструкционных процессов. Общие принципы оценки качества
гидрохимических наблюдений.
Заключение. Области практического использования знаний о химическом составе
природных вод.
Рекомендуемая литература
а) Основная:
Алекин 0.А.. Ляхин Ю.И. Химия океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.– 343 с.
Никаноров А.М. Гидрохимия. СПб.: Гидрометеоиздат, 2001. – 444 с.
Полякова А.В. Гидрохимия. М.: Географический факультет МГУ, 2009. – 164 с.
Руководство по химическому анализу морских и пресных вод при экологическом
мониторинге рыбохозяйственных водоемов и перспективных для промысла районов
Мирового океана. М.: изд-во ВНИРО, 2003. – 202 с.
Хорн Р. Морская химия. М.: Мир, 1972. – 400 с.
б) Дополнительная:
Алекин О.А. Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. – 444 с.
Биогеохимия океана. Под ред. А.С.Монина и А.П.Лисицына. М.: Наука, 1983. –
368 с.
Бруевич С.В Проблемы химии моря. Под ред. Бордовского О.К., В.Н.Иваненкова.
М.: Наука, 1978. – 335 с.
Вернадский В.И. Очерки геохимии. М.: Наука, 1983.– 422 с.
Виноградов А.П. Введение в геохимию океана. М.: Наука, 1967.– 216 с.
Океанология. Химия океана, т. I.Химия вод океана. 520 с.; т. 2 Геохимия донныx
осадков. 536 с.; М.: Наука, 1979.
Полякова А.В. Морская гидрохимия. М.: изд-во Московского университета, 2002. –
142 с.
Попов Н.И., Федоров К.Н., Орлов В.М. Морская вода. М.: Наука, 1979.– 327 с.
Романкевич Е.А. Геохимия органического вещества в океане. М.: Наука, 1977. –
256 с.
Сорокин Ю.И. Черное море (природа, ресурсы). М.: Наука, 1982. – 215 с.
Broecker W.S. Chemical oceanography. USA, 1974. – 274 p.
3